EP3691875B1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden von mindestens zwei kunststoffteilen - Google Patents

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EP3691875B1
EP3691875B1 EP18808325.7A EP18808325A EP3691875B1 EP 3691875 B1 EP3691875 B1 EP 3691875B1 EP 18808325 A EP18808325 A EP 18808325A EP 3691875 B1 EP3691875 B1 EP 3691875B1
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EP
European Patent Office
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radiation
container
cap
plastic part
joint
Prior art date
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EP18808325.7A
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EP3691875A1 (de
EP3691875C0 (de
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Karl Köppel
Frank Mark
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Kocher Plastik Maschinenbau GmbH
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Kocher Plastik Maschinenbau GmbH
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    • B29L2031/712—Containers; Packaging elements or accessories, Packages
    • B29L2031/7158—Bottles

Definitions

  • the invention relates to a device for carrying out a method for connecting at least two plastic parts, having the features in the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method using such a device.
  • the WO 2005/080067 A2 discloses a welding method for connecting plastic parts, in which the parts to be welded are brought into contact and then heated with infrared radiation and welded together. Since the parts to be connected are brought into contact with one another when they are cold, the risk of particle formation cannot be ruled out here either. Furthermore, the method shown in this document is only limited to components of simple geometry. In DE 20 2006 003 323 U1 another method for infrared welding of plastic parts is disclosed. However, this method is limited to the spot welding of relatively thin, large-area parts and does not allow a microbiologically sealed welded connection.
  • the IT PR 2010 0094 A1 describes a device for carrying out a method for connecting two plastic parts along a predeterminable common connection point using infrared radiation, the two plastic parts to be connected to one another being heated at least along the connection point by means of an assignable radiation source with infrared radiation without touching the other plastic part, with each one radiation source is operated independently and spatially separated from the other radiation source, with the radiation sources emitting the respective infrared radiation to the respective assignable plastic part without contact and following the contour of the connection point, and with the degree of heating by means of the respective infrared radiation being selected in such a way that when the plastic parts are brought together the connection point is formed, the respective radiation source being formed from an IR radiation element which is arranged in a respectively assigned heating element and which follows the contour of an assignable plastic part which is to be irradiated without contact.
  • More devices for connecting two plastic parts go from the U.S. 2005/0259433 A1 , the EP 1 219 406 A2 , the DE 10 2016 109 985 A1 , the DE 10 2013 221 724 A1 and the FR 2 888 772 A1 out. Proceeding from this state of the art, the invention is based on the object of specifying a device for carrying out a method that enables the production of tight welded joints of plastic parts without microbiological contamination and without the risk of particle formation.
  • an essential feature of the invention is that the respective IR radiation element has at least two differently oriented radiation surfaces.
  • each of the plastic parts to be connected to one another is heated without touching the other plastic part by means of an assignable radiation source with infrared radiation at least along the connection point, that each one radiation source is operated independently and spatially separated from at least one other radiation source, that the radiation sources emit the respective infrared radiation to the respective assignable plastic part without contact and following the contour of the connection point and that the degree of heating by means of the respective infrared radiation is selected such that the connection point is formed when the plastic parts are brought together.
  • parts with a special geometry can also be heated at the connection point with the optimum temperature for the welded connection, so that when the parts are brought together the welded connection is formed without microbiological contamination and is free of particles.
  • connection point can be designed as a linear connection seam, and the respective plastic parts can be brought together with one another under a predeterminable contact pressure on these parts.
  • the respective radiation source is advantageously formed from an IR radiation element, with the IR radiation elements used being operated at different temperatures, preferably one element at temperatures from 380° C. to 480° C., particularly preferably from 400° C. to 450° C. and another element at temperatures from 450° C. to 600° C., particularly preferably from 500° C. to 550° C., with a heating time on the respective plastic part of preferably about 4 seconds.
  • cooling is carried out by means of a cooling device for plastic parts that are heat-sensitive due to the material and/or geometry.
  • At least one plastic part is particularly advantageously produced as a filled and closed container using a blow molding, filling and closing method (BFS).
  • BFS blow molding, filling and closing method
  • the filled container is closed by a head membrane and surrounded on its neck part by an annular neck collar, which is connected to a cap placed on the container by its head membrane and forming a plastic part via an annular web of the same along the connecting seam, whereas the Container is used as the other plastic part for the joining or welding process.
  • a preferred distance between the annular ridge of the cap and the one associated IR radiation element is between 0.2 mm and 0.6 mm, and between the neck collar of the container and the other associated radiation element, a distance between 0.4 mm and 0 .8 mm selected.
  • the infrared radiation generated by the respective radiation source or radiation element is preferably emitted in a broadband and multidirectional manner.
  • the head membrane of the container is particularly advantageously heated in a germ-reducing manner but without melting for the process of connecting the cap to the container.
  • connection of the cap to the container is advantageously carried out with few particles by using various IR radiation sources or elements.
  • a cap 5, which is formed in 1 is shown separately in simplified form and which is an infusion cap according to DIN ISO 15759 made of plastic and is attached to the neck collar 2 of a container 1 .
  • this is an infusion bottle with a head and neck area according to DIN ISO 15759, which is manufactured, filled and sealed according to the known BFS process.
  • the invention can advantageously be used equally well for connecting different types of plastic parts by welding using infrared radiation.
  • the container 1 has a radially projecting neck collar 2 on its container neck part 3, which forms the connection point on the container side for the welding process, with which, see FIG 4 , an annular web 6 which protrudes axially at the opening edge of the cap 5 and forms the connection point on the cap side can be welded.
  • a thin and sensitive head membrane 4 forming the head-side closure of the container 1 is protected in the interior of the cap 5.
  • the cap 5 and the container 1 are each separated in the area of its neck collar 2 heated contact-free to the welding temperature by means of infrared radiation.
  • a cap heating element 14a is provided for this purpose for the cap 5 Figures 4 to 7 is shown and which has an exposed IR radiation element 7a on an end face, which is attached to an insulating body 8a by means of fastening bores 9 and can be supplied with energy via an electrical connection 10 .
  • the IR radiation element 7a has the shape of a stepped cylindrical disk, which has two stepped radiation surfaces 11a and 11b for heating the annular ridge 6 of the cap 5 with IR radiation, of which the radiation surface 11a is a horizontal annular surface and the radiation surface 11b forms a vertical annular surface.
  • the cap 5 is like Figures 4 and 5 show, held in such a way that the radiating surfaces 11a, 11b extend close to the contour along the annular ridge 6, but are kept contact-free from it, the preferred distance between the annular ridge 6 and the surfaces 11a, 11b of the radiating element 7a being 0.2 mm to 0.6 mm.
  • the 7 shows the arrangement of the cap 5 in this position on the cap heating element 14a.
  • the 8 shows a separate representation of an IR radiation element 7b, which is attached to the free end face of a container heating element 14b for heating the container 1 on the neck collar 2, which is in the Figures 9 to 12 is shown.
  • the IR radiation element 7b provided for the container 1 has the shape of a ring body with stepped inner surfaces, which form radiation surfaces 11c, 11d and 11e, which during the heating process are held close to the contour but without contact with the area of the neck collar 2 of the container 1, as is shown in 9 and most evident in 10 is shown.
  • the emission surface 11e forms a horizontal annular surface
  • the emission surface 11c forms an annular surface inclined at an angle of 45° thereto
  • the emission surface 11d forms a vertical annular surface.
  • the container heating element 14b has two insulating bodies 8b and 8c, of which the insulating body 8b has the shape of a ring body on which the IR radiation element 7b surrounds one ring opening and the other ring opening through the one End plate forming another insulating body 8c is closed.
  • the IR radiation element 7b is held in a contact-free manner by the insulating body 8b with the neck collar 2 of the container 1, as is shown in Figures 9 and 10 is shown, the upper end part of the container 1 with the head membrane 4 extending into the interior space formed by the insulating body 8b, which is closed at the top by the second insulating body 8c.
  • the head membrane 4 is at a minimum distance from the insulating bodies 8b and 8c, which is 5 mm, preferably 8 mm and particularly preferably 10 mm.
  • the distance between the radiation surfaces 11c, 11d and 11e from the neck collar 2 is set small here, typically in the range from 0.4 mm to 0.8 mm.
  • the IR radiation elements 7a and 7b are preferably set to different temperatures for the heating process, which are in the range from 380° C. to 480° C. for the radiation element 7a and 450° C. to 600° C. for the IR radiation element 7b, with the typical warm-up time is approx. 4 seconds.
  • the head membrane In order to heat the very thin and therefore also thermally sensitive head membrane 4 of the container 1 only superficially and thus advantageously to reduce the number of germs without causing damage, for example by melting, the head membrane is actively, controlled cooled when the neck collar 2 of the container 1 is heated 4 by introducing preferably sterile-filtered, low-particle cooling air as a cooling medium via symmetrically arranged cooling air inlet channels 13b into the space between the insulating bodies 8b and 8c above the head membrane 4.
  • the heated air exits via cooling air outlet channels 13a, which like the inlet channels 13b into the 9 , 11 and 12 are shown.
  • Heating element 14a for cap 5 not actively cooled or flushed. This ensures that the inner surface of the cap 5 is heated, which also leads to a reduction in the number of germs on this surface.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Verbinden von mindestens zwei Kunststoffteilen mit den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
  • Bei der Herstellung von Kunststoffbehältern für Lebensmittel, Kosmetika oder für medizinische Zwecke, insbesondere Parenteralia oder Substanzen für künstliche Ernährung, ist es im Allgemeinen notwendig, funktionale Elemente mikrobiologisch dicht und unter Vermeidung partikulärer Kontaminationen am betreffenden Behälter anzubringen. Im Stand der Technik werden hierzu durch den Einsatz von Schweißverfahren dichte Schweißverbindungen hergestellt, beispielsweise durch Vibrationsschweißverfahren, Reibschweißen oder Ultraschall-Schweißen. Nachteilig hierbei ist jedoch die Erzeugung von Partikeln durch die dem Schweißprozess immanente Reibung. Beim an sich bekannten Spiegelschweißen kommt es ebenfalls zu Kontaminationen aufgrund von Reibung bei Berührung der zu verschweißenden Komponenten mit dem Heizspiegel. Überdies können hierbei Ablagerungen gebildet werden, die die Schweißqualität stark beeinflussen können.
  • Die WO 2005/080067 A2 offenbart ein Schweißverfahren zum Verbinden von Kunststoffteilen, bei dem die zu verschweißenden Teile in Kontakt gebracht und danach mit Infrarotstrahlung beheizt und miteinander verschweißt werden. Da die zu verbindenden Teile hierbei im kalten Zustand miteinander in Kontakt gebracht werden, kann auch hierbei die Gefahr der Partikelbildung nicht ausgeschlossen werden. Überdies ist das in diesem Dokument gezeigte Verfahren nur auf Komponenten einfacher Geometrie begrenzt. In DE 20 2006 003 323 U1 ist ein weiteres Verfahren zum Infrarotschweißen von Kunststoffteilen offenbart. Dieses Verfahren ist jedoch auf das nur punktuelle Verschweißen verhältnismäßig dünner, großflächiger Teile begrenzt und ermöglicht keine mikrobiologisch dichte Schweißverbindung.
  • Die IT PR 2010 0094 A1 beschreibt Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Verbinden von zwei Kunststoffteilen entlang einer vorgebbaren gemeinsamen Verbindungsstelle unter Einsatz von Infrarotstrahlung, wobei beide miteinander zu verbindenden Kunststoffteile ohne Berührung des anderen Kunststoffteils mittels einer zuordenbaren Strahlungsquelle mit Infrarotstrahlung zumindest entlang der Verbindungsstelle erwärmt werden, wobei die jeweils eine Strahlungsquelle eigenständig und räumlich getrennt von der weiteren Strahlungsquelle betrieben wird, wobei die Strahlungsquellen berührungsfrei und der Kontur der Verbindungsstelle folgend die jeweilige Infrarotstrahlung an das jeweils zuordenbare Kunststoffteil abgeben und wobei der Grad der Erwärmung mittels der jeweiligen Infrarotstrahlung derart gewählt wird, dass beim Zusammenbringen der Kunststoffteile miteinander die Verbindungsstelle gebildet ist, wobei die jeweilige Strahlungsquelle aus einem in einem jeweils zugeordneten Heizelement angeordneten IR-Strahlungselement gebildet ist, das der berührungsfrei zu bestrahlenden Kontur eines zuordenbaren Kunststoffteils nachfolgt.
  • Weitere Vorrichtungen zum Verbinden von zwei Kunststoffteilen gehen aus der US 2005/0259433 A1 , der EP 1 219 406 A2 , der DE 10 2016 109 985 A1 , der DE 10 2013 221 724 A1 und der FR 2 888 772 A1 hervor. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens anzugeben, das die Herstellung dichter Schweißverbindungen von Kunststoffteilen ohne mikrobiologische Kontamination und ohne die Gefahr der Partikelbildung ermöglicht.
  • Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gelöst, welche die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
  • Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 besteht eine wesentliche Besonderheit der Erfindung darin, dass das jeweilige IR-Strahlungselement mindestens zwei voneinander verschieden orientierte Abstrahlflächen aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Unteransprüchen 2 bis 7 angegeben.
  • Es ist beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass jedes der miteinander zu verbindenden Kunststoffteile ohne Berührung des jeweils anderen Kunststoffteils mittels einer zuordenbaren Strahlungsquelle mit Infrarotstrahlung zumindest entlang der Verbindungsstelle erwärmt wird, dass die jeweils eine Strahlungsquelle eigenständig und räumlich getrennt von mindestens einer weiteren Strahlungsquelle betrieben wird, dass die Strahlungsquellen berührungsfrei und der Kontur der Verbindungsstelle folgend die jeweilige Infrarotstrahlung an das jeweils zuordenbare Kunststoffteil abgeben und dass der Grad der Erwärmung mittels der jeweiligen Infrarotstrahlung derart gewählt wird, dass beim Zusammenbringen der Kunststoffteile miteinander die Verbindungsstelle gebildet ist. Dadurch, dass die Erwärmung konturnah zur Verbindungsstelle, jedoch berührungsfrei erfolgt, lassen sich auch Teile mit spezieller Geometrie an der Verbindungsstelle mit für die Schweißverbindung optimaler Temperatur aufheizen, so dass beim Zusammenbringen der Teile die Schweißverbindung ohne mikrobiologische Kontamination und partikelfrei gebildet wird.
  • Die Verbindungsstelle kann als linienförmige Verbindungsnaht ausgebildet werden, und das Zusammenbringen der jeweiligen Kunststoffteile miteinander kann unter einem vorgebbaren Anpressdruck auf diese Teile erfolgen.
  • Mit Vorteil ist die jeweilige Strahlungsquelle aus einem IR-Strahlungselement gebildet, wobei die eingesetzten IR-Strahlungselemente mit unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, vorzugsweise ein Element bei Temperaturen von 380 °C bis 480 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 450 °C, und ein jeweils anderes Element bei Temperaturen von 450 °C bis 600 °C, besonders bevorzugt von 500 °C bis 550 °C, bei jeweils einer Anwärmdauer auf das jeweilige Kunststoffteil von bevorzugt etwa 4 Sekunden.
  • Hierbei wird für material- und/oder geometriebedingt hitzeempfindliche Kunststoffteile eine Kühlung mittels einer Kühleinrichtung durchgeführt.
  • Mit besonderem Vorteil wird beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest ein Kunststoffteil nach einem Blasform-, Füll- und Schließverfahren (BFS) als befüllter und verschlossener Behälter hergestellt.
  • Mit Vorteil wird hierbei der befüllte Behälter von einer Kopfmembran verschlossen und an seinem Halsteil von einem ringförmigen Halskragen umschlossen, der mit einer auf den Behälter seitens seiner Kopfmembran aufgesetzten, das eine Kunststoffteil bildenden Kappe über einen Ringsteg derselben entlang der Verbindungsnaht verbunden wird, wohingegen der Behälter als das andere Kunststoffteil für den Füge- oder Schweißvorgang eingesetzt wird.
  • Mit besonderem Vorteil wird hierbei zwischen dem Ringsteg der Kappe und dem einen zugehörigen IR-Strahlungselement ein bevorzugter Abstand zwischen 0,2 mm bis 0,6 mm und zwischen dem Halskragen des Behälters und dem anderen zugehörigen Strahlungselement ein Abstand zwischen 0,4 mm bis 0,8 mm gewählt.
  • Vorzugsweise wird die von der jeweiligen Strahlungsquelle, respektive Strahlungselement, erzeugte Infrarotstrahlung breitbandig und multidirektional abgestrahlt.
  • Mit besonderem Vorteil wird die Kopfmembran des Behälters in keimzahlreduzierender Weise jedoch anschmelzfrei für den Verbindungsvorgang von Kappe mit Behälter erwärmt.
  • Die Verbindung von Kappe mit Behälter wird in vorteilhafter Weise mittels Einsatz verschiedener IR-Strahlungsquellen oder -elementen partikelarm durchgeführt.
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine perspektivische Schrägansicht eines Kunststoffteils in prinzipiell schematischer Form einer dem Stand der Technik entsprechenden Kappe, die durch Schweißen am Halskragen eines Kunststoffbehälters anbringbar ist;
    Fig. 2
    eine in perspektivischer Schrägansicht gezeichnete Teildarstellung eines dem Stand der Technik entsprechenden Infusionsbehälters, an dessen Halskragen die Kappe von Fig. 1 anbringbar ist;
    Fig. 3
    eine perspektivische Schrägansicht eines Infrarot-Strahlungselements;
    Fig. 4
    einen Vertikalschnitt eines das IR-Strahlungselement von Fig. 3 aufweisenden Kappen-Heizelements und der der Strahlung des IR-Strahlungselements ausgesetzten Kappe von Fig. 1;
    Fig. 5
    einen vergrößert gezeichneten Teilschnitt des in Fig. 5 mit V bezeichneten Bereichs;
    Fig. 6
    eine perspektivische Schrägansicht des Kappen-Heizelements von Fig. 4, gesehen auf das IR-Strahlungselement;
    Fig. 7
    eine der Fig. 6 entsprechende perspektivische Schrägansicht, jedoch mit zugeordneter, der IR-Strahlung auszusetzender Kappe von Fig. 1;
    Fig. 8
    eine perspektivische Schrägansicht des Infrarot-Strahlungselements eines Behälter-Heizelements;
    Fig. 9
    einen schematisch vereinfachten Vertikalschnitt des das IR-Strahlungselement von Fig. 8 enthaltenden Behälter-Heizelements und des oberen Teils des Behälters von Fig. 2, dessen Halskragen der Strahlung des IR-Strahlungselements ausgesetzt ist;
    Fig. 10
    einen vergrößert gezeichneten Teilschnitt des in Fig. 9 mit X bezeichneten Bereichs;
    Fig. 11
    eine perspektivische Schrägansicht des das IR-Strahlungselements von Fig. 8 aufweisenden Behälter-Heizelements, gesehen auf das IR-Strahlungselement; und
    Fig. 12
    eine perspektivische Schrägansicht des Behälter-Heizelements von Fig. 11 und des oberen Endbereichs des Behälters von Fig. 2, der im Bereich seines Halskragens der IR-Strahlung ausgesetzt ist.
  • Mit Bezug auf die Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben, bei dem durch Infrarotschweißen eine Kappe 5, die in Fig. 1 gesondert vereinfacht dargestellt ist und bei der es sich um eine Infusionskappe nach DIN ISO 15759 aus Kunststoff handelt, am Halskragen 2 eines Behälters 1 angebracht wird. Bei diesem handelt es sich vorliegend um eine Infusionsflasche mit einem Kopf- und Halsbereich nach DIN ISO 15759, die nach dem bekannten BFS-Verfahren hergestellt, befüllt und verschlossen ist. Es versteht sich, dass die Erfindung mit Vorteil gleichermaßen für das Verbinden andersartiger Kunststoffteile durch Verschweißen mittels Infrarotstrahlung anwendbar ist.
  • Wie am deutlichsten in Fig. 2 gezeigt, weist der Behälter 1 an seinen Behälterhalsteil 3 anschließend einen radial vorstehenden Halskragen 2 auf, der für den Schweißvorgang die behälterseitige Verbindungsstelle bildet, mit der, siehe Fig. 4, ein am Öffnungsrand der Kappe 5 axial vorstehender Ringsteg 6 verschweißbar ist, der die kappenseitige Verbindungsstelle bildet. Bei angebrachter Kappe 5 an dieser gemeinsamen Verbindungsstelle befindet sich eine den kopfseitigen Verschluss des Behälters 1 bildende, dünne und empfindliche Kopfmembran 4 geschützt im Innenraum der Kappe 5. Für den Schweißvorgang werden die Kappe 5 und der Behälter 1 im Bereich seines Halskragens 2 jeweils für sich mittels Infrarotstrahlung auf die Schweißtemperatur berührungslos erhitzt. Für die Kappe 5 ist hierfür ein Kappen-Heizelement 14a vorgesehen, das in den Fig. 4 bis 7 gezeigt ist und das ein an einer Stirnfläche freiliegendes IR-Strahlungselement 7a aufweist, das mittels Befestigungsbohrungen 9 an einem Isolationskörper 8a angebracht und über einen elektrischen Anschluss 10 mit Energie versorgbar ist. Wie am deutlichsten die Fig. 4 und 5 zeigen, hat das IR-Strahlungselement 7a die Form einer gestuften zylindrischen Scheibe, die für das Beheizen des Ringsteges 6 der Kappe 5 durch IR-Strahlung zwei gestuft zueinander angeordnete Abstrahlungsflächen 11a und 11b aufweist, von denen die Abstrahlungsfläche 11a eine waagerechte Ringfläche und die Abstrahlungsfläche 11b eine senkrechte Ringfläche bildet. Beim Erhitzungsvorgang ist die Kappe 5, wie Fig. 4 und 5 zeigen, derart gehalten, dass sich die Abstrahlungsflächen 11a, 11b konturnah entlang des Ringsteges 6 erstrecken, jedoch von diesem berührungsfrei gehalten sind, wobei der bevorzugte Abstand zwischen Ringsteg 6 und den Flächen 11a, 11b des Strahlungselements 7a 0,2 mm bis 0,6 mm beträgt. Die Fig. 7 zeigt die Anordnung der Kappe 5 in dieser Position am Kappen-Heizelement 14a.
  • Die Fig. 8 zeigt in gesonderter Darstellung ein IR-Strahlungselement 7b, das zur Erwärmung des Behälters 1 am Halskragen 2 an der freien Stirnfläche eines Behälter-Heizelements 14b angebracht ist, das in den Fig. 9 bis 12 dargestellt ist. Das für den Behälter 1 vorgesehene IR-Strahlungselement 7b hat die Form eines Ringkörpers mit gestuften Innenflächen, die Abstrahlungsflächen 11c, 11d und 11e bilden, die beim Erwärmungsvorgang konturnah, jedoch berührungsfrei, zum Bereich des Halskragens 2 des Behälters 1 gehalten sind, wie dies in Fig. 9 und am deutlichsten in Fig. 10 dargestellt ist. Wie gezeigt, bildet hierbei die Abstrahlungsfläche 11e eine waagerechte Ringfläche, die Abstrahlungsfläche 11c eine hierzu im Winkel von 45° geneigte Ringfläche und die Abstrahlungsfläche 11d eine senkrechte Ringfläche. Wie Fig. 9, 11 und 12 zeigen, weist das Behälter-Heizelement 14b zwei Isolationskörper 8b und 8c auf, von denen der Isolationskörper 8b die Form eines Ringkörpers besitzt, an dem das IR-Strahlungselement 7b die eine Ringöffnung umgibt und die andere Ringöffnung durch den eine Abschlussplatte bildenden anderen Isolationskörper 8c geschlossen ist. Beim Erhitzungsvorgang ist das IR-Strahlungselement 7b durch den Isolationskörper 8b zum Halskragen 2 des Behälters 1 in der Weise berührungsfrei gehalten, wie dies in Fig. 9 und 10 gezeigt ist, wobei sich das obere Endteil des Behälters 1 mit der Kopfmembran 4 in den vom Isolationskörper 8b gebildeten Innenraum erstreckt, der vom zweiten Isolationskörper 8c nach oben geschlossen ist. Wie Fig. 9 zeigt, befinden sich bei dieser Positionierung die Kopfmembran 4 von den Isolationskörpern 8b und 8c in einem Mindestabstand, der 5 mm, bevorzugt 8 mm und besonders bevorzugt 10 mm beträgt. Der Abstand der Abstrahlungsflächen 11c, 11d und 11e zum Halskragen 2 ist hierbei gering eingestellt, typischerweise auf den Bereich von 0,4 mm bis 0,8 mm.
  • Bevorzugt sind für den Heizvorgang die IR-Strahlungselemente 7a und 7b auf unterschiedliche Temperaturen eingestellt, die beim Strahlungselement 7a im Bereich von 380 °C bis 480 °C und beim IR-Strahlungselement 7b bei 450 °C bis 600 °C liegen, wobei die typische Anwärmdauer ca. 4 Sekunden beträgt. Um die sehr dünne und deshalb auch thermisch empfindliche Kopfmembran 4 des Behälters 1 nur oberflächlich und damit vorteilhaft keimzahlreduzierend anzuwärmen ohne jedoch eine Beschädigung, beispielsweise durch Anschmelzen, zu verursachen, erfolgt bei der Erwärmung des Halskragens 2 des Behälters 1 eine aktive, geregelte Kühlung der Kopfmembran 4 durch Einbringen von vorzugsweise sterilfiltrierter, partikelarmer Kühlluft als Kühlmedium über symmetrisch angeordnete Kühlluft-Eintrittskanäle 13b in den Raum zwischen den Isolationskörpern 8b und 8c oberhalb der Kopfmembran 4. Der Austritt der erwärmten Luft erfolgt über Kühlluftaustrittskanäle 13a, die wie die Eintrittskanäle 13b in den Fig. 9, 11 und 12 gezeigt sind. Durch gesteuerte Kühlluftzufuhr kann während der Tätigkeit des IR-Strahlungselements 7b eine vorteilhafte Oberflächentemperatur der Kopfmembran 4 von ca. 250 °C bis 300 °C kurzfristig erreicht werden. Im Gegensatz zum Heizelement 14b für den Behälter 1 ist das Heizelement 14a für die Kappe 5 nicht aktiv gekühlt oder gespült. Dadurch ist eine Erwärmung der Innenoberfläche der Kappe 5 sichergestellt, was ebenfalls zu einer Reduzierung der Keime an dieser Oberfläche führt.

Claims (17)

  1. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens zum Verbinden von zwei Kunststoffteilen (1, 5) entlang einer vorgebbaren gemeinsamen Verbindungsstelle unter Einsatz von Infrarotstrahlung (IR), wobei beide miteinander zu verbindenden Kunststoffteile (1, 5) ohne Berührung des anderen Kunststoffteils (1, 5) mittels einer zuordenbaren Strahlungsquelle mit Infrarotstrahlung zumindest entlang der Verbindungsstelle erwärmt werden, wobei die jeweils eine Strahlungsquelle eigenständig und räumlich getrennt von der weiteren Strahlungsquelle betrieben wird, wobei die Strahlungsquellen berührungsfrei und der Kontur der Verbindungsstelle folgend die jeweilige Infrarotstrahlung an das jeweils zuordenbare Kunststoffteil (1, 5) abgeben und wobei der Grad der Erwärmung mittels der jeweiligen Infrarotstrahlung derart gewählt wird, dass beim Zusammenbringen der Kunststoffteile (1, 5) miteinander die Verbindungsstelle gebildet ist, die Vorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass die jeweilige Strahlungsquelle aus einem, in einem jeweils zugeordneten Heizelement (14a, 14b) angeordneten, IR-Strahlungselement (7a, 7b) gebildet ist, das der berührungsfrei zu bestrahlenden Kontur eines zuordenbaren Kunststoffteils (1, 5) nachfolgt, und dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige IR-Strahlungselement (7a, 7b) mindestens zwei voneinander verschieden orientierte Abstrahlflächen (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlflächen (11a, 11b) des einen IR-Strahlungselements (7a), das für die Kappe (5) vorgesehen ist, zu deren Aufsetzrichtung parallel (11b) und senkrecht (11a) dazu verlaufend angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstrahlflächen (11c, 11d, 11e) des anderen IR-Strahlungselements (7b), das für den Halskragen (2) des senkrecht aufgestellten Behälters (1) eingesetzt ist, zu dessen Längsachse parallel (11d) sowie waagerecht (11e) verlaufend und mit einer dritten, hierzu in einem Abstrahlwinkel von vorzugsweise 45° geneigten Abstrahlfläche (11c) angeordnet sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Abstrahlflächen (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) der beiden IR-Strahlungselemente (7a, 7b) sich durchgehend ringförmig in konzentrischer Weise um deren jeweilige Längsachse erstrecken.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das für den Halskragen (2) des Behälters (1) vorgesehene IR-Strahlungselement (7b) eine Kühleinrichtung (12, 13a, 13b) aufweist, die die Kopfmembran (4) des Behälters (1) mit Kühlluft kühlt, die einem Kühlraum (12) oberhalb der Kopfmembran (4) zuführbar ist, in den für einen Kühl- und/oder Anwärmvorgang des Halskragens (2) die Kopfmembran (4) hineinragt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das das IR-Strahlungselement (7b) aufweisende Heizelement (14b) zumindest zusätzlich über mindestens eine Halte- und Isoliereinrichtung (8a, 8b) verfügt, die einen Mindestabstand zur Kopfmembran (4) des Behälters (1) von mindestens 5 mm, bevorzugt von mindestens 8 mm, und besonders bevorzugt von mindestens 10 mm besitzt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige IR-Strahlungselement (7a, 7b) über eine Zustelleinrichtung auf das jeweils zugeordnete Kunststoffteil (1, 5) zustellbar und nach der Wärmebehandlung wieder entfernbar ist.
  8. Verfahren zum Verbinden von zwei Kunststoffteilen (1, 5) entlang einer vorgebbaren gemeinsamen Verbindungsstelle unter Einsatz von Infrarotstrahlung (IR) unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei beide miteinander zu verbindenden Kunststoffteile (1, 5) ohne Berührung des anderen Kunststoffteils (1, 5) mittels einer zuordenbaren Strahlungsquelle mit Infrarotstrahlung zumindest entlang der Verbindungsstelle erwärmt werden, wobei die jeweils eine Strahlungsquelle eigenständig und räumlich getrennt von der weiteren Strahlungsquelle betrieben wird, wobei die Strahlungsquellen berührungsfrei und der Kontur der Verbindungsstelle folgend die jeweilige Infrarotstrahlung an das jeweils zuordenbare Kunststoffteil (1, 5) abgeben und wobei der Grad der Erwärmung mittels der jeweiligen Infrarotstrahlung derart gewählt wird, dass beim Zusammenbringen der Kunststoffteile (1, 5) miteinander die Verbindungsstelle gebildet ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstelle als linienförmige Verbindungsnaht ausgebildet wird und dass das Zusammenbringen der jeweiligen Kunststoffteile (1, 5) miteinander unter einem vorgebbaren Anpressdruck auf diese Teile (1, 5) erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Strahlungsquelle aus einem IR-Strahlungselement (7a, 7b) gebildet wird und dass die eingesetzten IR-Strahlungselemente (7a, 7b) mit unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, vorzugsweise ein Element (7a) bei Temperaturen von 380 °C bis 480 °C, besonders bevorzugt von 400 °C bis 450 °C, und ein jeweils anderes Element (7b) bei Temperaturen von 450 °C bis 600 °C, besonders bevorzugt von 500 °C bis 550 °C, bei jeweils einer Anwärmdauer auf das jeweilige Kunststoffteil (1, 5) von 2 bis 6 Sekunden, bevorzugt etwa 4 Sekunden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass für hitzeempfindliche Kunststoffteile (1, 5) eine Kühlung mittels einer Kühleinrichtung (13a, 13b), bevorzugt mit einem partikelarmen Gas, besonders bevorzugt mit einem partikelarmen und sterilfiltrierten Gas, als Kühlmedium durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kunststoffteil (1) nach einem Blasform-, Füll- und Schließverfahren als befüllter und verschlossener Behälter (1) hergestellt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der befüllte Behälter (1) von einer Kopfmembran (4) verschlossen und an seinem Halsteil (3) von einem ringförmigen Halskragen (2) umschlossen wird, der mit einer auf den Behälter (1) seitens seiner Kopfmembran (4) aufgesetzten, das eine Kunststoffteil bildenden Kappe (5) über einen Ringsteg (6) derselben entlang der Verbindungsnaht verbunden wird, wohingegen der Behälter (1) als das andere Kunststoffteil für den Füge- oder Schweißvorgang eingesetzt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ringsteg (6) der Kappe (5) und dem einen zugehörigen IR-Strahlungselement (7a) ein bevorzugter Abstand zwischen 0,2 mm bis 0,6 mm und zwischen dem Halskragen (2) des Behälters (1) und dem anderen zugehörigen IR-Strahlungselement (7b) ein Abstand zwischen 0,4 mm bis 0,8 mm gewählt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von der jeweiligen Strahlungsquelle, respektive IR-Strahlungselement (7a, 7b), erzeugte Infrarotstrahlung breitbandig und multidirektional abgestrahlt wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfmembran (4) des Behälters (1) in keimzahlreduzierender Weise und anschmelzfrei für den Verbindungsvorgang von Kappe (5) mit Behälter (1) erwärmt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Kappe (5) mit Behälter (1) mittels Einsatz verschiedener IR-Strahlungsquellen oder-elementen (7a, 7b) partikelarm durchgeführt wird.
EP18808325.7A 2017-12-07 2018-11-23 Verfahren und vorrichtung zum verbinden von mindestens zwei kunststoffteilen Active EP3691875B1 (de)

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